煤矸石作为煤炭开采过程的副产物,目前已成为我国排放量最大的工业废物之一。煤矸石的大量堆积不仅占用土地资源,而且对周围环境带来污染。近年来,煤矸石能源化发电引起人们广泛关注。然而,煤矸石发电过程向环境排放的汞成为除燃煤之外又一大汞污染源。认识煤矸石中汞的赋存形态及热解过程汞的释放迁移特性,对于煤矸石电厂汞控制技术的开发具有重要的意义。本论文利用化学逐级提取方法,对煤矸石中汞的赋存形态进行了定量研究,同时利用煤矸石热解过程气体汞的在线分析系统(TPD-AFS),对煤矸石中不同赋存形态汞的热稳定性进行了定性分析;通过改变热处理条件(升温速率,停留时间,热处理气氛),考察了不同热处理条件对煤矸石中汞释放行为的影响;用不同酸HNO3、HCl、HF对煤矸石浸提后,对其热解过程汞的释放行为进行了研究;利用化学逐级提取方法对煤矸石不同温度下热解得到的固体产物进行分析,考察了煤矸石热解过程不同赋存形态汞的释放行为。论文主要研究结果如下:1.利用化学逐级提取法和程序升温热解汞在线检测系统对四种产自山西省的煤矸石样品(ED、GD、PL、TX)进行了研究,得到以下结论:(1)本论文将化学逐级提取法(SEP)和程序升温热解汞在线检测系统(TPD-AFS)耦合,使其成为一种有效的研究煤矸石中汞赋存形态及其热稳定性的有效方法。(2)在所研究的四种煤矸石样品中,硫化物结合态汞含量最高,约为51%-78%;其次为硅酸盐结合态汞,约为10%-22%;铁锰结合态汞在不同煤矸石中含量分布有所差别,在ED和TX中未检测到,在GD和PL中为6-11%;有机结合态汞含量较低,平均约为1.5%;可交换态汞和碳酸盐结合态汞在四种煤矸石样品中含量均小于1%。(3)四种煤矸石样品中,硫化物结合态汞释放温度区间为400-600 oC;铁锰结合态汞释放温度区间分别为200-400 oC和400-600 oC;有机结合态汞释放温度区间为200-400 oC;碳酸盐结合态汞释放温度区间在250-300 oC;硅酸盐结合态汞在1200 oC以上释放。2.对煤矸石样品在不同的升温速率(10 oC/min,20 oC/min,40 oC/min)、停留时间(5 min,10 min,20 min,30 min,40 min,50 min,60 min)和气氛(氮气,空气)下进行热处理,得到以下结论:(1)升温速率对煤矸石中汞释放率的影响:升温速率对煤矸石中各赋存形态汞的特定释放温度区间无明显影响。在热处理温度200 oC时升温速率对煤矸石中汞的释放率也无明显影响;在热处理温度400 oC和600 oC,较快的升温速率可在一定程度上促进煤矸石中汞的释放。(2)停留时间对煤矸石中汞释放率的影响:煤矸石中汞的释放率随停留时间的延长呈增长趋势,到一定停留时间时汞释放率增至最大值;在热处理温度200 oC和400 oC时,两种煤矸石中汞释放率的最优停留时间为30 min;在热处理温度600 oC时两种煤矸石中汞释放率的最优停留时间为10 min。(3)气氛对煤矸石中汞释放率的影响:当热处理气氛为空气时,煤矸石中物质更易被氧化和分解,从而在较低温度下促进汞的释放,且当温度低于600 oC时,氧化性环境对煤矸石热处理过程汞释放有积极的促进作用,当温度到达600 oC及其以上时,其促进作用不太明显。3.对煤矸石样品采用HNO3、HCl、HF浸提后进行热处理,研究经酸处理后的煤矸石热解过程汞的释放行为;对煤矸石样品在不同温度下热处理后,采用化学逐级提取法获得煤矸石热解过程不同赋存形态汞的释放行为,得到以下结论:(1)HNO3能够脱除煤矸石中的硫化物结合态汞;HCl能够脱除煤矸石中的碳酸盐、硫酸盐、氧化物结合态汞;HF能够脱除煤矸石中在200-600 oC温度区间释放的汞。(2)在煤矸石热解过程中,可交换态汞和碳酸盐结合态汞均不太稳定,且随着温度升高从煤矸石主体中释放出来;硅酸盐结合态汞热稳定性较高,在热解过程中温度的升高对煤矸石中硅酸盐结合态汞无明显影响。