蒙古国油页岩热解燃烧过程中微量元素迁移特性研究

摘要

为了研究蒙古国油页岩在热解燃烧过程中微量元素的迁移规律，我们利用管式炉、微波消解仪、ICP-MS、比表面积分析仪等仪器设备，运用逐级提取法、微波消解法、比表面积测定法等实验方法探究了蒙古国油页岩中微量元素的含量、赋存形态及热解燃烧后微量元素的迁移规律和油页岩孔隙结构的变化。并将孔隙结构改变和赋存形态结合起来，对微量元素在热解燃烧过程中迁移规律的机理进行了分析。 结果发现：蒙古油页岩样品中稀土元素含量普遍低于北美页岩中的稀土元素含量，但相较于煤仍有很明显的富集现象。油页岩样品中轻稀土元素较重稀土元素明显富集，轻重稀土元素分馏明显，为轻稀土中度富集型。蒙古国油页岩样品中重金属元素含量的变化趋势与其地壳丰度的变化趋势基本一致。蒙古国油页岩中U含量的算术平均值为8.16×10-6，Th含量的算术平均值为22.53×10-6。这两种元素的含量远远高于地壳和沉积岩的丰度。这表明U和Th在蒙古的油页岩中富集。 热解终温在900℃以下时，四种样品中8种重金属元素的迁移率均未达到100%，在500℃以下微量元素开始释放，随着温度的升高迁移速率呈现降低增高再降低的变化趋势。油页岩中同种元素的赋存状态相似。但不同元素之间的差异性明显。Cu、Zn两元素在热解过程中出现高温条件下迅速析出的现象就是因为二者的碳酸盐态含量明显高于其他元素。对于U和Th主要存在于无机矿物中，分布在碳酸盐，硫化物和硅铝酸盐中，它们是硫化态最丰富的物质。随着热解最终温度升高，交换性和有机物界面上的元素沉淀第一。随着最终热解温度的升高，U和Th元素的迁移率逐渐增加。但是，当最终热解温度低于900℃时，迁移率不能达到100％，一般在40％和80％之间。两种元素都是更易挥发的元素，Th的挥发性显着高于U的挥发性。油页岩在热解过程中内部结构发生变化，当最终热解温度达到400℃时，油页岩的内部孔隙开始发育，比表面积和总孔体积开始快速增长。因此，U和Th在此温度下开始快速析出。 燃烧终温在900℃以下时，四组样品中8种重金属元素的迁移率均未达到100%。8种微量元素在燃烧过程中迁移率随燃烧终温的改变规律相似，说明燃烧终温对微量元素的迁移有很强的相关性。燃烧终温对油页岩半焦吸附量影响明显，最大吸附量呈现先增大后减小的趋势，在700℃时达到最大值。四组油页岩原样及半焦的比表面积随温度的变化具有很强的一致性。与热解过程不同，在燃烧过程中，微量元素迁移和孔隙发育正相关。

目录

主要符号表

第1章 绪 论

1.1 课题的背景及意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 课题提出的意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 微量元素的种类

1.2.2 微量元素的含量

1.2.3 微量元素的赋存状态及研究方法

1.2.4 微量元素在煤转化过程中的迁移规律

1.2.5 稀土元素的含量及地球化学特性

1.3 课题研究的主要内容

第2章 基础特性和实验方法

2.1 油页岩样品基础特性

2.1.1 基础特性实验方法

2.1.2 赋存状态实验方法

2.1.3 ICP-MS实验预处理方法

2.1.4 ICP-MS实验方法

2.1.5油页岩热解实验

2.2 本章小结

第3章 油页岩中微量元素含量及富集特性

3.1 油页岩中重金属元素含量及赋存状态

3.2 油页岩中放射性元素含量及赋存状态

3.3 油页岩中稀土元素含量及地球化学特征分析

3.3.1 稀土元素含量及地球化学参数

3.3.2 稀土元素分布模式

3.4 本章小结

第4章 热解过程中微量元素迁移特性

4.1 实验样品

4.2 实验及结果

4.2.1 热解半焦产率

4.2.2 热解终温对微量元素迁移的影响

4.2.3 热解过程中孔隙结构的变化

4.3 本章小结

第5章燃烧过程中微量元素迁移特性

5.1 实验样品

5.2 实验及结果

5.2.1 燃烧灰产率

5.2.2 燃烧终温对微量元素迁移的影响

5.2.3 燃烧过程中孔隙结构的变化

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文

声明

致谢