煤中碱金属和碱土金属的赋存形态的研究开题报告(煤化工).docx

太原理工大学现代科技学院 毕业论文开题报告 论文题目：煤中碱金属和碱土金属的赋存形态的研究 姓 名： 毕征世 学 号： 2012102825 专 业：化学工程与工艺 指导教师： 白永辉 填表时间：2016年3月1日 毕业论文开题报告 本课题的研究意义 新疆地区煤炭资源储量丰富，但是由于新疆特殊的地理位置、经济 和交通条件，新頤煤炭无法大规模外运。准东煤出是我国目前最大的整装 煤田，其资源预测储量大3900亿t, 口前累计探明储量为2136亿t,成煤 面积1.4万kim准东煤最显著的特点是其富含碱金属和碱土金属（包括钠、 钾、钙等），准东煤的这个特点使其在燃烧或气化过程中会存在结渣、积 灰、管壁沾污、高温腐蚀等问题，另一方面，碱金属和碱土金属在煤的热 转化过程屮能够起很好的催化作用，增加反应速率。为了更好的利用大储 量的准东煤，有必要研究准东煤小碱金属和碱土金属的赋存形态，从而使 我们更好地理解其在热转化中的迁移和催化作用。 煤中钠作为煤中矿物质的组成部分，其来源主耍有三方面：成煤植物 中的钠、成煤过程中混入或与煤伴生的矿物质中的钠、煤开采与加工过程 混入的矿物质屮的钠。对于煤种的钠，有两种存在形式，一种是无机，一 种是有机。有机钠-?方面可以结合在竣酸盐屮，另一?方面可以以配位的形 式出现在煤结构的含氮或氧的官能团上。无机钠在煤中有多种存在形式， 如氯化钠品体、硅铝酸盐、水合离子等。煤中不同赋存形态钠的含量与煤 阶有一定关系，随煤化程度的提高，煤中空隙减少，水分析出，水溶性钠 含量呈减少趋势，有机钠保持相对稳定，而主要存在于矿物质屮的不可溶 钠随煤阶的增长有增加的趋势。 煤中的钾，一般可以分为以长石、云母等硅酸盐形式、氯化物、硫酸 盐以及水合离子等形式存在的无机钾和以竣酸盐形式存在、以配位形式出 现在煤结构中含氮或氧官能团上的有机钾，其中以硅铝酸盐形式存在的居 多。同时，钾的具体形式还与煤种、煤阶有很大的关系。有研究显示， 在次烟煤、高低挥发份烟煤、无烟煤小，钾存在于伊利石晶体屮，而在更 低煤阶次的煤中，以非硅铝酸盐形式存在的K占有显著份额。 煤大都含有无机钙，主要形态是CaCO3,在低阶煤特别是褐煤中，有 机钙的含量不可忽略，其至是占主耍地位，主耍形式是竣基钙。就钙化合 物在煤中的分散状态而言，人致可分为两类，一-类是以原子态分布的钙化合 物，包括煤中原有的一-些钙化合物及通过离子交换法或浸渍法加入的含钙 化合物，这类物质与煤的接触面积较大、分散性好，对煤的催化作用较强。 另一类是通过物理混合添加至煤中的钙化合物，它们与煤的接触较差，对 煤的催化作用较弱。 本课题的创新点及解决方法 目前常用研究煤中的碱金属和碱土金属矿物的方法有高温灰化法、低 温灰化法和逐级提取法等。由于煤中的碱金属和碱土金属分散有时极细， 研究者们很多通过将其在高温空气小燃烧制灰，然后对其进行进一步的表 征，然而很多碱金属和碱土金属在高温的条件下容易挥发或者发生反应， 致使结果出现一定偏差。 萃取是研究碱金属和碱土金属存在形态和含量十分有效的方法，它利 用不同溶液屮的溶解性质的差异来确定碱金属的存在形态及含量。采用逐 级提取法可将煤屮碱金屈分为水溶态（钠、钾）、醋酸饮溶态（钠、钾）、 稀盐酸溶态（钠、钾）和不可溶态（钠、钾）4种状态。以纯净水作为萃 取液可以萃取出以氯化物晶体和水合形式存在的无机碱金属形态；酷酸鞍 溶液除了可以萃取水溶态Z外，还可萃取以竣酸盐形式存在的有机态；以 配位形式出现在煤结构中的含氮或氧官能团上的有机态只能通过稀盐酸 萃取到，逐级提取后残渣小的碱金屈可以认为是不溶态。 主要研究内容 本文将应用逐级提取法来提取煤中的钠、钾和钙，并用原子吸收光谱 法来检测逐级提取溶液中钠、钾和钙的含量，从而确定其不同赋存形态的 量。 将取自准东煤田五彩湾矿区的烟煤破碎、筛分、选取粒度范围在 10-14目间的样品，避光保存。煤的工业分析、元素分析如表1所示。 工业分析按照国标GB-T2I2进行测定、元素分析按照国标GB-T476进行 分析。 将五彩湾煤进行如下操作：（1）称量5 g煤样，加入100ml纯净水, 在30°C水浴屮恒温振荡24h,对溶液进行抽滤和重复清洗，滤液经200ml 的容量瓶定容后 保存；（2）滤饼在恒温60°C的条件下干燥4h,用lmol/L 酷酸钱溶液和1 mol/L盐酸溶液依次取代纯净水进行上述操作；（3）收集 滤饼样品。上述实验中通过水、醋酸钱溶液、盐酸溶液等提取剂逐级反 应提取煤屮钠、钾等碱金属纯净水作为萃取液可以萃取出以氯化物晶体和 水合形式存在的无机碱金屈形态；酷酸钱溶液除可萃取水溶态外，述可萃 取以竣酸盐形式存在的有机态；以配位形式出现在煤结构中的含氮或氧官 能I才I上的有机态只能通过稀盐酸萃取得到。将逐级萃取所得的溶