杨永昌，莘 星，纪冬平，杜文成，刘 鑫

（1.中国矿业大学（北京）地测学院，北京 100083；2.河北省地矿局第十一地质大队，河北 邢台 054002）

燃煤产物中微量元素的淋滤实验方案和淋滤特征

杨永昌1，莘 星2，纪冬平1，杜文成1，刘 鑫1

（1.中国矿业大学（北京）地测学院，北京 100083；2.河北省地矿局第十一地质大队，河北 邢台 054002）

飞灰是最主要的燃煤产物，向水环境淋出的有害元素会对水和土壤等产生较大影响。随着燃煤产物的排放量日益增加，评价其环境效应显得尤为必要。淋滤实验是探究燃煤产物中元素淋滤特征的重要手段。本文概括了各种淋滤实验方案，重点介绍了美国环保局新推出的实验方案——淋滤环境评价体系（LEAF），包括Method1313、Method 1314、Method 1315、Method 1316；基于LEAF方案，分析并讨论了不同pH、液固比、淋滤时间条件下微量元素的淋出特征。

燃煤产物；淋滤实验方案；微量元素；淋滤特征

燃煤产物包括飞灰、炉渣等，其中飞灰占灰渣总量的80%～90%，所含元素最丰富，有80余种，是最主要的燃煤产物。其向水环境淋出的有害元素对水和土壤等有较大的影响。随着燃煤产物的排放量日益增加，评价其环境效应显得尤为必要。

淋滤实验是探究燃煤产物中元素淋滤特征的重要手段。淋滤试验具有以下作用：（1）查明燃煤产物中淋出的元素种类及其淋出浓度和淋出率；（2）确定影响元素淋出的因素；（3）为燃煤产物的科学处理提供依据；（4）为推断元素在燃煤产物中的赋存状态提供参考；（5）为提取利用有益元素或防治有害元素提供指导；（6）为燃煤产物中元素淋滤特性的数据模拟提供参数[1]。

1 淋滤实验方案

1.1 淋滤实验方案概述

因为淋滤实验条件和灰处置现场的地质、地化、水文等不同，目前没有一个可靠的淋滤实验能准确预测现场环境中的微量元素浓度[2]。不同的淋滤试验差异明显，如表1所示。

表1 淋滤实验方案

1.2 一种新淋滤实验方案

大多数淋滤实验方案是单一条件的，提供的数据量有限，其主要目的是检测废物对环境的危害程度，有一定的环保意义。美国环保局推出了一种新淋滤实验方案——淋滤环境评价体系（LEAF），包括4个实验。

1.2.1 Method 1313

将HCl和KOH溶液加入样品，液固比均为10:1。以30转/min的速度翻转振荡24 h后，达到目标 pH：2，4，5.5，7，8，9，10.5，12，13，再液固分离测试。

1.2.2 Method 1314

将样品填充长30 cm、宽5 cm的淋滤柱，两端填满石英砂。用蠕动泵将纯水以每天0.75 mL/g的流速，自下而上通过淋滤柱。累计液固比达到0.2 mL/g，0.5 mL/g，1 mL/g，1.5 mL/g，2 mL/g，4.5 mL/g，5 mL/g，9.5 mL/g，10 mL/g时，收集液体，分析测试。

1.2.3 Method 1315

将整块或压实的颗粒物放入水槽，以液体体积和浸泡面面积比9 mL/cm2的比例加纯水，在时间梯度：0.08 d，1 d，2 d，7 d，14 d，28 d，42 d，49 d，63 d更换淋滤液，液固分离测试。

1.2.4 Method 1316

称取不同质量样品，加适量纯水，使液固比达到目标值：10，5，2，1，0.5。以30转/min的速度翻转振荡24 h，液固分离测试。

LEAF的优点：提供丰富的数据分析燃煤产物对水环境产生影响的原因；可根据现场情况设计实验，如据酸雨限定pH值；可分析各淋滤条件下的元素淋出特性和赋存状态。

2 分析讨论淋滤特征

本文选取A、B、C三电厂飞灰，根据前文所述LEAF方案，进行实验，得出以下规律。

2.1 不同pH条件下的淋滤特征

2.1.1不同pH条件下，元素淋滤特征分类

（1）随pH增加，元素淋出浓度降低，如三电厂的 Be，B，Sc，V，Co，Ni，Cu，Zn，Ge，Sr，Y，Cd，In，La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Ta，Tl，Pb，U；A 电 厂 的Zr，Nb，Sn，Hf，Th；C 电厂的 Zr，Nb，Sn。（2）元素在碱性条件淋出量较高，如三电厂的元素Rb，Mo，W；A电厂的Se；B电厂的Bi，Th；C电厂的Se，Bi。（3）元素随pH增大，淋出量先减小，后稍增大的元素，如三电厂的元素Li，F，Cr，Ga，Ba；A 电厂的 Cs，Bi；B 电厂的 Se，Zr，Nb，Cs，Hf；C电厂的Cs，Hf，Th。（4）淋出特征复杂的元素，如三电厂的As，Sb，Hg；B电厂的Sn。

2.1.2 不同pH条件，不同电厂同元素淋出特征异同

（1）大多数元素呈相似的特性，如Li，Be，B，F，Sc，V，Cr，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，Ge，As，Se，Rb，Sr，Y，Mo，Cd，In，Sb，Cs，Ba，La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Ta，W，Hg，Tl，Pb，U。（2）少量元素呈不同特征，如 Se，Zr，Nb，Sn，Hf，Bi，Th。

2.2 不同液固比条件下的淋滤特征

2.2.1 不同液固比条件下，元素淋滤特征分类

（1）随液固比增加，淋出液的元素浓度降低，如三电厂的 Sc，Cr，Cu，Rb，Sr，Mo，Cd，Cs；A 电厂的Li，Co，Ni，Zn，Se，Y，Ba；B电厂的Li，V，W；C 电厂的 B，V，Ni，Zn，Ga，Ge，Se，Ba，W，Tl。（2）随液固比增加，淋出液的元素浓度升高，如三电厂的Sb；A电厂的Ga，U；B电厂的B，As，Se，U；C电厂的Li，As。（3）随液固比增加，淋出液的元素浓度先升高后降低，如A电厂的B，V，W；B电厂的F，Co，Ni，Ga，Ba；C电厂的F，Co，U。（4）随液固比增加，无明显规律的元素，如A电厂的F，Ge，As和B电厂的Ge。（5）无论液固比高低，元素淋出极少，不予讨论的元素，如三电厂的Be，Zr，Nb，In，Sn，La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Hf，Ta，Hg，Pb，Bi，Th。

2.2.2 不同液固比，不同电厂同元素淋滤特征异同

（1）淋滤行为相似的元素：Sc，Cr，Cu，Rb，Sr，Mo，Cd，Sb，Cs。（2）不同电厂表现不同特征的元素：Li，B，F，V，Co，Ni，Ga，Ge，As，Se，Ba，W，U。

2.3 长时间持续淋滤实验结果分析

选择C电厂飞灰在Method1314基础上，将淋滤时间延长至90 d，累计液固比达到68:1。淋出液中元素的变化规律分为：（1）随时间持续，淋出液中元素含量一直下降，实验结束时达到相对稳定的元素：Li，Co，Ni，Cu，Zn，Rb，As，Cs，Hg，Tl，Pb。（2）随时间持续，淋出液中元素含量先短期升高再降低，实验结束时达到相对稳定的元素：B，F，Cr，Ga，Se，Sr，Mo，Cd，W。（3）随时间持续，淋出液中元素含量波动较大，实验结束时尚未稳定的元素：Sc，V，Ge，Sb，U。（4）在全部淋滤过程中，很少被淋出的元素：Be，Y，Zr，Nb，In，Sn，La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb， Lu，Hf，Ta，Bi，Th。

3 结语

综合来看，单点实验多用于环境指标评价，操作简单。LEAF方案不仅可用于环境评估，还可研究元素的淋滤特征，但数据量大，实验繁杂。燃煤产物中元素的淋滤特性复杂，不同电厂同类样品中的同种元素也存在差别[3]。在酸性、液固比较大的条件下，大多数元素的淋出量较大。随着时间的持续，淋出液的有些元素浓度一直下降，有些元素先短暂增加，再降低。综合考虑，各淋滤实验的淋出液中的Se、Mo、As几种元素在不同程度上高于地下水三级标准值，环境危害可能性大[4]。淋滤特征与元素的富集层次、赋存状态、物化性质、样品的颗粒大小以及淋滤条件的选择等因素都有很大关系。未来在积累大量数据的前提下，人们应尝试计算机模拟研究。

1 赵峰华，任德贻.燃煤产物中有害元素的淋滤实验的研究现状[J].煤田地质与勘探，1998，26（4）：14-17.

2 王运泉，任德贻，尹金双，等.煤及其燃烧产物中微量元素的淋滤试验研究[J].环境科学，1996，17（1）：16-19.

3 Hassett D J.Scientifically Valid Leaching of Coal Conversion Solid Residues to Predict Environmental Impact[J].Fuel Processing Technology，1994，（39）：445-459.

4 王文峰，秦 勇，宋党育，等.燃煤过程中元素的分异特征与淋滤实验研究[J].中国矿业大学学报，2009，38（4）：481-487.

Leaching Experiment Schemes and Leaching Characteristics of Trace Elements in Coal Combustion Products

Yang Yongchang1, Xin Xing2, Ji Dongping1, Du Wencheng1, Liu Xin1
(1.China University of Mining amp; Technology, Beijing 100083, China;2.Eleventh Geological Team of Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration, Xingtai 054002, China)

Fly ash is the most important coal product, and harmful elements leached from the water environment have a great influence on water and soil.With the increasing emissions of coal products, it is necessary to evaluate their environmental effects.Leaching experiment is an important means to explore the leaching characteristics of elements in coal products.This paper summarizes the various leaching experiment scheme, focuses on the environmental evaluation system -- leaching experimental scheme of the new United States Environmental Protection Agency (LEAF), including Method1313, Method 1314, Method 1315, Method 1316; based on the LEAF scheme, and discussed the characteristics of trace elements with different pH, liquid-solid ratio, leaching time under the.

coal combustion products；leaching experiment schemes；trace elements；Leaching characteristics

TQ531 文献标识码：A 文章编号：1008-9500(2017)08-0011-03

2017-06-11

杨永昌（1990-），男，河北保定人，硕士研究生，研究方向：燃煤产物淋滤。

莘星（1992-），男，河北邢台人，助理工程师，从事水文地质工作和研究，Email：616214877@qq.com