一种固砷剂及其制备方法和利用固砷剂固砷的方法
【专利摘要】本发明公开了一种固砷剂及其制备方法和利用固砷剂固砷的方法，固砷剂由CaCO3和金属盐组成，其制备方法为将碳酸钙进行干燥，然后将碳酸钙放置于金属盐溶液中，在温度为95±5℃条件下水浴加热2-2.5小时，期间用玻璃棒不断搅拌，过滤，最后在100-110℃条件下烘干，研磨至180-300目即可，制得的固砷剂微观区表面粗超，空隙发达，大小孔半生，孔隙率和比表面积得到大幅度提高，并且在高温条件下对高砷燃煤的固砷效果好，经济与环境综合效益显著。
【专利说明】一种固砷剂及其制备方法和利用固砷剂固砷的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境治理领域，具体涉及一种固砷剂和该固砷剂的制备方法，还涉及利用固砷剂固砷的方法。
【背景技术】
[0002] 我国煤炭资源储量丰富，已探明资源量居世界第三位，在一次性能源资源储量中，煤炭占94%。中国以煤为主的能源资源决定了在未来20~50年内我国一次能源生产和消费以煤炭为主的格局不会改变。煤是一种不清洁燃料，目前已经从煤中发现了 80余种微量元素，其中有害或潜在有害的微量元素有22种。在燃煤过程中，有害或潜在有害的微量元素将以不同的形式排放到大气中，造成有害或潜在有害的微量元素大气污染。虽然有害或潜在有害的微量元素如铅、砷、汞、锌、铜、镉、铬、镍等污染物在大气中浓度不高，但这些有害或潜在有害的微量元素污染物对生态环境的破坏是相当严重的，一旦被吸收或摄取不会被生物降解，并在生物体内长期积累，很难排泄出来，这样会危害人类及动植物的健康，所以对有害或潜在有害元素的研究意义非常重大。许多研究已经证实了重金属元素的毒性，如基因突变，致癌，以及对肝脏、肾脏等器官和造血、代谢、神经和免疫等系统的破坏。
[0003]我国兰州、贵阳、成都、重庆等城市因高砷煤的使用，大气中砷污染比较严重，已造成3000多例砷中毒事件。前捷克-斯洛伐克燃煤电厂所排放烟气中铅、砷元素含量相对较高，已造成附近儿童骨骼生长延缓。目前，煤燃烧过程中产生的砷化物对人类、动植物和生态环境的危害已经引起人们的重视。并且烟气中同时存在硫化物和砷化物时，其协同作用对自然生态环境的危害远大于两者单独作用的迭加。燃煤砷污染的治理可分为燃前洗煤技术和燃煤固砷技术。燃煤固砷技术是指在煤中加入钙基材料使砷在煤燃烧过程中以特定形式固定在燃煤残渣中，具有操作简单、成本低廉的优势。对燃煤中添加固硫剂的研究很多并且市场上已有成品出售。但整体来看，固化砷的效率不高，在流化床的运行温度的范围内，砷(As)的挥发率基本在50%以上。现有技术中，为了提高材料的固化效率，主要对材料进行改性，但改性的方法很多，大体分为:强酸活化改性、有机改性和无机改性。如:采用金属盐盐对石灰石进行调制、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对燃煤中砷化物的固化率未见报道。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种固砷剂，固砷剂原料价格低廉，能够有效降低燃煤中砷的挥发率；本发明的目的之二在于提供固砷剂的制备方法，制备方法简单；本发明的目的之三在于提供利用固砷剂固砷的方法，操作简单，不需要特殊设备。
[0005]为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]一种固砷剂，所述固砷剂由CaCO3和金属盐按Ca2+与金属离子的摩尔比为10~20组成。
[0007]优选的，所述金属盐盐为Na2C03、K2CO3和Al2 (SO4) 3中的至少一种。[0008]优选的，所述固砷剂由CaCO3与Al2 (SO4) 3按Ca2+与Al3+的摩尔比为15组成。
[0009]优选的，所述固砷剂由CaCO3、Na2CO3、K2CO3 和 Al2 (SO4) 3 按 Ca2+ =Al3+:Na+ =K+ 的摩尔比为1:1/15:1/6:1/4组成。
[0010]2、所述固砷剂的制备方法，包括如下步骤，将碳酸钙进行干燥，然后将碳酸钙置于Ca2+与金属盐离子的摩尔比为10~20的金属盐溶液中，在温度为95±5°C条件下水浴加热2-2.5小时，期间用玻璃棒不断搅拌，过滤，最后在100-110°C的条件下烘干，研磨至180-300目得固砷剂
[0011]3、利用所述固砷剂固砷的方法，包括如下步骤:向燃煤中按投加相当于燃煤质量
0.5~5%的固砷剂，然后在温度为1000°C~1200°C条件下反应。
[0012]更优选的，向燃煤中按投加相当于燃煤质量1%的固砷剂，然后在温度为1000°C~1200°C条件下反应。
[0013]本发明中，所有单位都遵循国际标准单位转换机制。g/g代表质量与质量比，高固砷剂配料用量离子比所用单位为mol/mol，即摩尔比。
[0014]本发明的有益效果在于:本发明公开了一种固砷剂，依据砷(As)元素在高温炉膛与烟气中转化运移规律，结合砷(As)元素的吸附特性与化学特性，通过在碳酸钙中添加金属盐盐对碳酸钙进行改性，改性后获得的固砷剂空隙发达，孔隙率和比表面积大，从而获得一种能够固定燃煤中砷的固砷剂，降低高温烟气中砷的浓度，实现脱除高温烟气砷的目的，具有良好的经济与环 境综合效益；并且本发明固砷剂的原料价格低廉，制备方法和应用方法均简单，直接将固砷剂与燃煤混合燃烧即可，便于工业应用。
[0015]本发明的其它优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图:
[0017]图1为不同离子比的固砷剂固砷效果结果图。
[0018]图2为在1000°C条件下不同投加比对固砷的影响结果图。
[0019]图3为在投加比为1%条件下不同温度对固砷的影响结果图。
[0020]图4为不添加固砷剂煤样燃烧的TG-DSC曲线图。
[0021]图5为添加固砷剂煤灰煤样燃烧的TG-DSC曲线图。
[0022]图6为固砷剂电镜扫描与X射线能谱联用分析图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0024]本发明所采用的原煤煤样取自重庆市綦江县境内的重庆松藻矿K2煤层，煤样中含有粘土矿、碳酸盐矿物、硫酸盐及硫化物矿物等。煤样预处理，具体方法为:将取回的煤样放入恒温烘干箱中60°C恒温烘干，将烘干后的煤样取出，在温度为18~25°C条件下冷却，将冷却后的煤样分级研磨，每研磨半小时过200目筛一次，收集筛出物，得预处理煤样。
[0025]实施例1
[0026]为了能够提高钙基质材料对砷的固化效率，通过改性来改善传统钙基质的孔隙率与比表面积并提高钙离子的活性，以进一步提高固砷效率。本实施例中对碳酸钙通过加入不同的金属盐进行调制，通过不断更改金属盐的种类和掺合比来获得固砷效果最优的固砷剂。
[0027]本实施例通过正交实验来进行研究，所采用的因素分别为:金属盐的种类及其离子比Y (本发明中所指的离子比表示Ca2+/其他金属盐离子的摩尔比)和燃烧温度对固砷率的影响。金属盐选取Na2C03、K2C03和Al2 (SO4)3,正交实验的燃烧温度选取900°C、1000°C和1100°C这三个水平，离子比Y (Ca2+/其金属离子的摩尔比)取10、15和20三个水平。所以本正交实验是属于三因素三水平的正交实验，正交试验各因素水平表如表1所示。
[0028]表1、正交试验各因素水平表:\b?燃烧溢ft I +金属盐盐 I 调制离f比 I
【权利要求】
1.一种固砷剂，其特征在于:所述固砷剂由CaCO3和金属盐按Ca2+与金属盐离子的摩尔比为10~20组成。
2.根据权利要求1所述的固砷剂，其特征在于:所述金属盐为Na2C03、K2C0dPAl2(SO4)3中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的固砷剂，其特征在于:所述固砷剂由CaCO3与Al2(SO4) 3按Ca2+与Al3+的摩尔比为15组成。
4.根据权利要求1所述的固砷剂，其特征在于:所述固砷剂由CaC03、Na2CO3^K2CO3和Al2 (SO4)3 按 Ca2+:Al3+:Na+:K+的摩尔比为 1:1/15:1/6:1/4 组成。
5.权利要求1~4任一项所述固砷剂的制备方法，其特征在于:包括如下步骤，将碳酸钙进行干燥，然后将碳酸钙置于Ca2+与金属盐离子的摩尔比为10~20的金属盐溶液中，在温度为95±5°C条件下水浴加热2~2.5小时，期间用玻璃棒不断搅拌，过滤，最后在100~110°C的条件下烘干，研磨至180-300目得固砷剂。
6.利用权利要求1~4任一项所述固砷剂固砷的方法,其特征在于,包括如下步骤:向燃煤中按投加相当于燃煤质量0.5~5%的固砷剂，然后在温度为1000°C~1200°C条件下反应。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括如下步骤:向燃煤中按投加相当于燃煤质量1%的固砷剂，然后在温度为1000°c~1200°C条件下反应。
【文档编号】C10L10/00GK103952207SQ201410138293
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】李东伟, 郭胜利, 黄涛 申请人:重庆大学