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煤、油页岩等化石燃料的组成复杂,除了常量元素外,还含有多种微量元素,这些元素会通过各种形式释放进入大气、土壤和水域等环境,而污染环境,危害人类健康。化石燃料的开发利用已经成为潜在有毒元素的主要污染源,微量元素的排放对环境造成的污染越来越受到重视。
本文考察了22个样品中微量元素分布及富集特性,系统分析了吉林桦甸和汪清油页岩样品中微量元素和稀土元素的赋存状态、油页岩半焦孔隙变化特性、部分重金属及稀土元素的迁移特性,重点研究了部分重金属元素赋存状态对其迁移特性的影响。并采用Khimera软件研究了Hg和Pb的部分燃烧反应的动力学,得到了反应过程的动力学参数。
油页岩中微量元素含量多处于1～50μg/g,向两端减少。在地壳中丰度较高的元素在油页岩中的含量也较高。富集因子计算表明,在各油页岩样品中,Te、cs、Pd、Re等元素明显富集,Hg等元素则表现出明显的贫乏。油页岩中稀土元素与陆源碎屑岩关系密切,且陆源物质的供应相对比较稳定。
油页岩中微量元素具有多种赋存状态,均表现出一定的有机亲和性。亲硫性元素的硫化物结合态相对较多、亲铁性元素铁锰氧化物结合态相对较多,亲石性元素的稳定态相对较多。油页岩中稀土元素主要赋存在矿物质中,不同结合态稀土元素的物质来源具有一致性。
油页岩和半焦中微孔和中孔占主导地位,并存在狭缝状孔。干馏条件对孔隙的发展具有一定影响。油页岩干馏过程中各微量元素表现出了不同的迁移特性,但基本具有相似的变化规律,即干馏过程中的迁移曲线呈现S形状,Weibull函数能够合理地描述油页岩干馏过程中微量元素的迁移规律。油页岩干馏过程中,微量元素不稳定态减少的同时,又有新的热稳定相生成,微量元素的有机物结合态相对比较稳定。各稀土元素在半焦中赋存规律和在油页岩原样中基本相当。油页岩干馏过程,重金属元素和稀土元素的迁移动力学活化能在30～130kJ/mol之间
在油页岩燃烧过程中,对于汞氯化反应的机理,Hg+ClOH反应比Hg+HCl反应更容易实现;对于汞氧化反应机理,Hg+N2O反应过程相对容易发生;对于铅的反应机理,Pb+N2O反应和Pb+O2反应相对容易发生。