摘要
锑与锑化合物因其生物毒理性和潜在致癌性被列为优先控制污染物。自然活动和人类行为都会造成环境中锑的富集，其中燃煤释放的锑是环境中锑的最主要来源。淮南煤田是中国重要的煤炭生产基地，随着煤炭资源的大量开采，目前已进入山西组煤层开采阶段。本文选取淮南早二叠世山西组煤为研究对象，采用多种仪器测试手段，分析了淮南山西组煤的煤质特征，煤中锑的含量分布、赋存特征，并探讨了煤中锑的富集成因以及煤中锑的燃烧释放机理。研究结果表明： （1）淮南山西组煤属于特低水分、低灰、中高挥发分、特低硫煤。煤中灰成分以SiO2、Al2O3为主，Fe2O3、CaO次之，MgO、P2O5、Na2O、TiO2含量较少。煤中矿物以黏土矿物和石英为主，存在方解石、白云石、菱铁矿、黄铁矿、黄钾铁矾和石膏。煤中黏土矿物大部分呈条带状分布；石英主要呈圆形、次圆形和碎屑颗粒状出现；黄铁矿以细粒胶状、脉状、块状和裂隙充填脉状形态存在；煤中方解石常呈脉状分布。 （2）研究区山西组煤中锑的含量范围为1.16~4.57μg/g，均值为2.63μg/g，锑元素富集系数EF及CC分别为6.58和2.86，表现为较富集水平。不同煤矿山西组同一煤层中锑含量变化较大，张集矿和潘集二矿煤中锑含量分布趋势相同，在垂直方向上向下均呈先减再增的趋势，其顶部和底部煤样中锑含量较高，中部煤样锑含量较低且含量变化相对较小；而顾北矿中部煤样锑的含量高于上部和下部煤中锑含量。 （3）通过相关性分析、逐级化学提取实验结果并综合煤中矿物成分和形貌特征，对淮南山西组煤中锑的赋存形态进行分析研究。相关性分析表明锑与灰分、Al2O3呈较好的正相关关系，逐级化学提取实验显示煤中锑主要以残渣态形式存在，质量分数为60.06%，煤样中部分锑以碳酸盐结合态、硫化物结合态形式存在，即淮南山西组煤中锑主要以高岭石等硅铝酸盐矿物为载体，少部分煤样中有锑赋存于方解石、黄铁矿中。 （4）收集淮南部分煤矿不同煤层煤中锑的含量数据进行对比分析，发现随着地层向上，煤层受陆源输入作用增强，煤中锑的含量也相应变高，推测陆屑输入是煤中锑元素富集的主要成因。硼元素指示淮南山西组所处沉积水体为半咸水-咸水，较大程度上受海水影响。海水可以改变泥炭沼泽的化学性质，适宜的沉积环境会造成煤中锑元素的富集。煤中锑的富集还可能受地下水活动、热液流体与围岩作用影响。 （5）原煤在不同温度下的燃烧结果表明，煤中锑的释放率与燃烧温度成正比关系，在500℃加热至1000℃的过程中，煤中锑的释放率从11.26％增加到62.81％。在600~800℃阶段，锑的释放速率最快。在燃煤过程中，由于有机质与矿物质发生热解，部分锑从固相转化为气相。
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