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摘要：本实验采用改进后的BCR连续提取法，将重金属元素形态分为以下几种形态，分别是：酸可提取态、氧化物结合态、有机物结合态和残渣态。
关键词：重金属元素；赋存状态；生物有效性
引言
本论文通过对比研究不同燃烧条件下灰渣产物中八种重金属元素（Mn、Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb、和Ni）的含量以及形态分布，以此研究燃煤重金属元素的形态迁移转化和挥发特性在不同燃烧温度、空气流量以及燃烧气氛下的影响规律。
1材料和方法
1.1煤燃料的选取
通过分析现有资料可以知道，燃煤发电厂的用煤种类有以下几种：86%的烟煤，6%的无烟煤，6%贫煤，以及2%的无明确规定煤种。其中大多数电厂选择烟煤作为发电用煤，这是因为其中挥发分>20%（高挥发分），含硫量<2.5%（低灰分），热值>2.008×104kj.kg-1（高热值）。本次研究对象选用济宁动力型烟煤（空气干燥基），在预实验中，将煤磨粉过100目筛，并在105℃的恒温烘箱中烘干后保存。
1.2燃烧条件的选取
在本次实验中，将每次准确称取地煤粉均匀地平摊在石英舟中，并在SK-1200℃型管式电炉恒温区850℃下的燃尽时间周期为55min。其中规定每平方厘米的煤粉质量小于等于0.15g，每次称取（2.5000±0.0002）g的煤粉理论空气量为21L，假设大部分电厂燃煤锅炉空气过剩系数1.6，即空气流量为0.6L·min-1[1]。
（1）不同温度下的燃烧。本次实验的空气过剩系数取1.6，分别在650、750、850、950和1050℃下模拟燃烧45min。
（2）不同空气流量下的燃烧。分别取不同的过剩系数，并在850℃下燃烧55min。
（3）不同气氛下的燃烧。在不同条件下燃烧后，将取出的石英舟快速冷却，并在干燥器中恒重，计算灰渣率Ad，保存灰渣样品。
1.3样品预处理与分析测定
为了研究燃煤中重金属元素的不同赋存形态，本次实验采用改进后的BCR连续处理法进行逐级化学提取。对灰渣中重金属各级形态浓度Cn（μg·g-1）的测定采用ELAN9000ICP-MS。此后，将灰渣中重金属的测定值换算为原燃煤基下的重金属含量Am（μg·g-1），这是因为在不同的燃烧条件下，产生的灰渣中重金属的含量不同。根据物质守恒定律可得：Am=Cn·AdHm=Cm-Am
2结果与讨论
2.1燃烧温度对重金属元素迁移转化的影响
不同的重金属有着不同的挥发性，所以在燃烧过程中气态和固态两种形态的分配情况不一样。经过大量实验可证明，重金属的挥发性和燃烧温度呈正比关系，这是因为燃烧温度影响了重金属元素的挥发性。本次研究采用改进后的BCR连续提取法，探究了燃煤重金属元素随燃烧温度的变化各形态之间的转化和气固之间的迁移规律，以此将重金属元素的赋存形态分为以下几种，分别是：酸可提取态、氧化物结合态、有机物结合态和残渣态。由上可知，随着提取顺序的进行，重金属的活动性和生物有效性逐渐下降，原煤或灰渣中的重金属元素含量等于四种重金属元素赋存形态质量之和。其中，各形态的活动性排序如下：残渣态<有机物结合态<氧化物结合态<酸可提取态。其中，酸可提取态容易在外界环境变化时释放出来，然而最稳定且不易迁移和转化的是残渣态，并且对环境污染较小。酸可提取态具有较高的迁移性。氧化物结合态是指铁（锰）氧化物结合态沸点高，形态稳定不易释放，除此之外还有一些沸点较高的碳酸盐进入灰渣中，这是因为燃烧过程中产生的CO2和碱性金属氧化物相互作用。有机物结合态是被认为最为稳定的重金属元素，这是因为这种赋存形态的重金属只能在强氧化条件下才能分解。残渣态是一种不溶于水和酸的赋存形态，是大多数痕量重金属元素的赋存状态，因为这种性质，即使在正常条件下，也难以释放，因此对生态环境危害较小。
2.2燃燒温度对灰渣中重金属含量的影响
不同燃烧温度条件下，燃煤产物灰渣中重金属元素含量有所不同，为了探究其中的变化规律，本次实验采取定量原煤在密封的马弗炉中进行模拟燃烧，温度分别为650℃，750℃，850℃，950℃，1050℃。通过实验，我们可以知道，在灰渣中富集率不随温变化而变化的元素是Cd，它的逸出率为56.6%，由此我们可以知道煤中的元素Cd属于易挥发元素；然而其他金属元素Cr、Ni、Cu、As、Pb、Mn随着燃烧温度的提高，在灰渣中的富集率逐渐减小，这是因为这些金属在较高的温度下，从残渣态的逸出量较高；以上几种重金属的挥发性顺序大致为：Cd>Pb、Zn、Cu、Ni、Co、Cr>Mn、As，由上可知，温度在燃煤过程中对重金属的挥发有着至关重要的作用[2]。
2.3通风条件对灰渣中重金属元素含量的影响
为了探究灰渣中重金属元素含量在不同通风条件下的变化规律，本次实验采用马弗炉密封和敞开两种通风情况，这是因为受马弗炉通风功能的限制。在各个温度下燃烧45min，设富集系数I=敞开燃烧灰渣中重金属含量/关闭燃烧灰渣中重金属含量。由实验可知，富集系数大于1的元素有Ni、Mn、Zn、Cd，由此可知这些元素在通风条件下易于富集；富集系数小于1的元素有Cr、Cu，由此可知这些元素在通风条件下不易于在灰渣中富集；在灰渣中富集不受通风条件影响的元素是As、Pb。
结论
（1）八种重金属元素中，在不同燃烧条件下的灰渣和原煤中，残渣态是最为稳定的赋存形态。
（2）不同条件下的燃烧温度对重金属元素挥发特性的影响也不同，在实验中温度逐渐升高时，不同重金属元素的四种赋存形态逸出率逐渐升高。
（3）在燃煤燃烧过程中，持续增大通入的空气流量时，重金属元素的逸出率会逐渐增大。当空气流量达到0.8～0.9L.min-1时，绝大部分重金属元素的逸出率增长趋势才开始变得平缓。
参考文献：；
[1]孙晓，钱枫，魏新鲜，等. 燃烧条件对灰渣中重金属元素形态的影响[J]. 环境工程学报，2017，11（1）：473-482.
[2]孙晓，钱枫，魏新鲜. 燃烧条件对燃煤灰渣中重金属形态分布的影响[C]// 中国环境科学学会学术年会. 2015.
关键词：重金属元素；赋存状态；生物有效性
引言
本论文通过对比研究不同燃烧条件下灰渣产物中八种重金属元素（Mn、Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb、和Ni）的含量以及形态分布，以此研究燃煤重金属元素的形态迁移转化和挥发特性在不同燃烧温度、空气流量以及燃烧气氛下的影响规律。
1材料和方法
1.1煤燃料的选取
通过分析现有资料可以知道，燃煤发电厂的用煤种类有以下几种：86%的烟煤，6%的无烟煤，6%贫煤，以及2%的无明确规定煤种。其中大多数电厂选择烟煤作为发电用煤，这是因为其中挥发分>20%（高挥发分），含硫量<2.5%（低灰分），热值>2.008×104kj.kg-1（高热值）。本次研究对象选用济宁动力型烟煤（空气干燥基），在预实验中，将煤磨粉过100目筛，并在105℃的恒温烘箱中烘干后保存。
1.2燃烧条件的选取
在本次实验中，将每次准确称取地煤粉均匀地平摊在石英舟中，并在SK-1200℃型管式电炉恒温区850℃下的燃尽时间周期为55min。其中规定每平方厘米的煤粉质量小于等于0.15g，每次称取（2.5000±0.0002）g的煤粉理论空气量为21L，假设大部分电厂燃煤锅炉空气过剩系数1.6，即空气流量为0.6L·min-1[1]。
（1）不同温度下的燃烧。本次实验的空气过剩系数取1.6，分别在650、750、850、950和1050℃下模拟燃烧45min。
（2）不同空气流量下的燃烧。分别取不同的过剩系数，并在850℃下燃烧55min。
（3）不同气氛下的燃烧。在不同条件下燃烧后，将取出的石英舟快速冷却，并在干燥器中恒重，计算灰渣率Ad，保存灰渣样品。
1.3样品预处理与分析测定
为了研究燃煤中重金属元素的不同赋存形态，本次实验采用改进后的BCR连续处理法进行逐级化学提取。对灰渣中重金属各级形态浓度Cn（μg·g-1）的测定采用ELAN9000ICP-MS。此后，将灰渣中重金属的测定值换算为原燃煤基下的重金属含量Am（μg·g-1），这是因为在不同的燃烧条件下，产生的灰渣中重金属的含量不同。根据物质守恒定律可得：Am=Cn·AdHm=Cm-Am
2结果与讨论
2.1燃烧温度对重金属元素迁移转化的影响
不同的重金属有着不同的挥发性，所以在燃烧过程中气态和固态两种形态的分配情况不一样。经过大量实验可证明，重金属的挥发性和燃烧温度呈正比关系，这是因为燃烧温度影响了重金属元素的挥发性。本次研究采用改进后的BCR连续提取法，探究了燃煤重金属元素随燃烧温度的变化各形态之间的转化和气固之间的迁移规律，以此将重金属元素的赋存形态分为以下几种，分别是：酸可提取态、氧化物结合态、有机物结合态和残渣态。由上可知，随着提取顺序的进行，重金属的活动性和生物有效性逐渐下降，原煤或灰渣中的重金属元素含量等于四种重金属元素赋存形态质量之和。其中，各形态的活动性排序如下：残渣态<有机物结合态<氧化物结合态<酸可提取态。其中，酸可提取态容易在外界环境变化时释放出来，然而最稳定且不易迁移和转化的是残渣态，并且对环境污染较小。酸可提取态具有较高的迁移性。氧化物结合态是指铁（锰）氧化物结合态沸点高，形态稳定不易释放，除此之外还有一些沸点较高的碳酸盐进入灰渣中，这是因为燃烧过程中产生的CO2和碱性金属氧化物相互作用。有机物结合态是被认为最为稳定的重金属元素，这是因为这种赋存形态的重金属只能在强氧化条件下才能分解。残渣态是一种不溶于水和酸的赋存形态，是大多数痕量重金属元素的赋存状态，因为这种性质，即使在正常条件下，也难以释放，因此对生态环境危害较小。
2.2燃燒温度对灰渣中重金属含量的影响
不同燃烧温度条件下，燃煤产物灰渣中重金属元素含量有所不同，为了探究其中的变化规律，本次实验采取定量原煤在密封的马弗炉中进行模拟燃烧，温度分别为650℃，750℃，850℃，950℃，1050℃。通过实验，我们可以知道，在灰渣中富集率不随温变化而变化的元素是Cd，它的逸出率为56.6%，由此我们可以知道煤中的元素Cd属于易挥发元素；然而其他金属元素Cr、Ni、Cu、As、Pb、Mn随着燃烧温度的提高，在灰渣中的富集率逐渐减小，这是因为这些金属在较高的温度下，从残渣态的逸出量较高；以上几种重金属的挥发性顺序大致为：Cd>Pb、Zn、Cu、Ni、Co、Cr>Mn、As，由上可知，温度在燃煤过程中对重金属的挥发有着至关重要的作用[2]。
2.3通风条件对灰渣中重金属元素含量的影响
为了探究灰渣中重金属元素含量在不同通风条件下的变化规律，本次实验采用马弗炉密封和敞开两种通风情况，这是因为受马弗炉通风功能的限制。在各个温度下燃烧45min，设富集系数I=敞开燃烧灰渣中重金属含量/关闭燃烧灰渣中重金属含量。由实验可知，富集系数大于1的元素有Ni、Mn、Zn、Cd，由此可知这些元素在通风条件下易于富集；富集系数小于1的元素有Cr、Cu，由此可知这些元素在通风条件下不易于在灰渣中富集；在灰渣中富集不受通风条件影响的元素是As、Pb。
结论
（1）八种重金属元素中，在不同燃烧条件下的灰渣和原煤中，残渣态是最为稳定的赋存形态。
（2）不同条件下的燃烧温度对重金属元素挥发特性的影响也不同，在实验中温度逐渐升高时，不同重金属元素的四种赋存形态逸出率逐渐升高。
（3）在燃煤燃烧过程中，持续增大通入的空气流量时，重金属元素的逸出率会逐渐增大。当空气流量达到0.8～0.9L.min-1时，绝大部分重金属元素的逸出率增长趋势才开始变得平缓。
参考文献：；
[1]孙晓，钱枫，魏新鲜，等. 燃烧条件对灰渣中重金属元素形态的影响[J]. 环境工程学报，2017，11（1）：473-482.
[2]孙晓，钱枫，魏新鲜. 燃烧条件对燃煤灰渣中重金属形态分布的影响[C]// 中国环境科学学会学术年会. 2015.