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吉林桦甸是我国主要的油页岩资源产地。随着近年来油页岩开发利用的不断升温,其中含有的多种有害微量元素会排放到环境中造成危害。研究表明,化石燃料的开发是潜在有害微量元素的主要污染源,因此,应重视在油页岩开发利用过程中有害微量元素的排放。 本文选择桦甸油页岩样品,考察其中有害微量元素As、Pb的赋存状态(物理和化学)、不同热解条件(热解终温、加热速率和停留时间)迁移特性,热解中矿物质及孔隙结构变化等进行研究,重点研究了两种元素在所选样品中的赋存状态和不同热解条件下迁移行为。研究表明: (1)桦甸油页岩中Pb元素含量与中国油页岩和煤中均值相当,As元素含量高于一般含量范围。用不同的衡量富集程度的评价指标来看,As元素略有富集,Pb元素含量正常。 (2)桦甸油页岩中元素As、Pb有多种赋存形式。As元素与硫元素亲和性强,部分存在于黄铁矿中,也存在于有机硫中;Pb元素主要与黄铁矿共存,在矿物质中赋存。从化学角度来看,残渣态是As元素最主要的赋存形态,还有部分以硫化物结合态和有机态存在。Pb元素的残渣态和硫化物结合态含量相加超过90%,主要以矿物质形式赋存。从不同方面研究两元素赋存状态结果相似。 (3)由于元素本身性质的不同,导致在相同热解条件下两元素有着不同的反应,热解条件的改变对元素迁移行为影响有所差异。As元素随热解温度、停留时间增加而迁移增多,而Pb元素迁移率在一定范围波动变化,不同加热速率下两元素迁移趋势完全相反。试验中迁移出的Pb随着气态产物挥发,而As元素除了残留在半焦和挥发到气相中,在热解水和页岩油中也有分布。 (4)残渣态是两元素迁移的主要来源,但迁移过程受热解条件的影响有所差异。硫化物结合态As随着温度的升高、停留时间的增长迁移增加,不同热解条件下不同程度地生成有机结合态As。除了残渣态,Pb元素的其他赋存形态比重在不同热解条件下没有明显的差异变化,但是中等加热速率会形成更多硫化物结合态Pb。 本文可对桦甸油页岩开发利用过程中有害微量元素As、Pb的排放和控制提供指导和帮助。