一种识别汞形态的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种识别汞形态的方法，其包括如下步骤：(1)将样品进行加热分解，获得汞浓度随温度变化的第一曲线，进而获得各种汞化合物的分解温度；(2)将步骤(1)中所述各种汞化合物的分解温度与标准汞化合物的分解温度对比，识别样品中部分汞的形态；(3)对步骤(2)中未识别的汞化合物采用逐级化学提取方法进行识别。本发明专利技术还公开了相应的装置。本发明专利技术的方法通过升温脱附可识别含汞固体样品中大部分汞的形态，同时结合逐级化学提取方法可对样品中分解温度相互重叠的汞形态进行进一步的识别；此外，该装置中的恒温热分解单元可保证所有形态的汞能够完全分解从而使汞形态的识别更加准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于燃煤汞排放控制
，具体涉及一种识别汞形态的方法和装置。
技术介绍
汞是一种神经毒物，具有极强的累积性和不可逆性，对人类健康威胁很大。燃煤电厂是最主要的人为汞污染源之一。为了保护环境，实现可持续发展，2011年我国环境保护部颁布了最新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，从2015年1月1日起，要求燃煤锅炉将汞及其化合物排放量控制在0.03mg/m3以下。在燃煤燃烧过程中，烟气中的汞主要有三种形式：单质汞(Hg0)、二价汞化合物(Hg2+)和颗粒态汞(Hgp)。燃煤电厂中，在炉膛内高于800℃的高温燃烧区，燃煤中的汞几乎全部转变为气态Hg0。随着烟气流经各换热面，烟气温度逐步降低，烟气中的Hg0大约有1/3与烟气中其他成分发生反应，形成Hg2+的化合物。部分Hg0和Hg2+被飞灰中残留的碳颗粒所吸附或凝结在其他飞灰颗粒表面上形成Hgp，Hgp随飞灰颗粒被电厂除尘装置(ESP/FF)捕获。Hg2+化合物由于其可溶于水，可被WFGD系统中的脱硫浆液捕获，并固定在脱硫副产品石膏中。目前，飞灰和石膏被广泛应用于建材、建工、筑路、回填、农业及资源回收等。当飞灰和石膏作为工业产品原料时，通常需要经过高温处理工序。高温处理会使富集在飞灰和石膏中的汞释放出来，造成二次污染。另外，部分水溶性的汞化合物会浸出到水体或转移进土壤中，同样造成严重的二次污染。识别飞灰和石膏中汞的形态对于掌握其毒性和汞的稳定性是非常重要的，可以为合理、环境友好的再利用燃烧副产物提供指导。尽管目前很多分析检测技术可用于检测固体样品中汞的形态，如X-射线吸收精细结构光谱(EXAFS)和X射线吸收近边结构(XANES)能够对应每种汞化合物产生相应的光谱特征，但是这些技术通常检测过程复杂且检测限限较高(>100mg/kg)，仅适用于分析汞含量特别高的样品。程序升温脱附(TPD)方法被认为是一种能够有效地区分和识别固体样品中汞形态的方法，该方法的检测限可低至0.03mg/kg。所谓程序升温脱附，即在程序升温过程中，不同形态的汞会在不同温度下分解，并以Hg0形式释放，产生的Hg0在载气携带下可被在线汞浓度监测仪检测到，通过与标准汞化合物的分解温度比对，可识别出汞的形态。如文献“Speciationofmercuryinflyashesbytemperatureprogrammeddecomposition.”(M.AntoniaLopez-Anton,RonPerry,PatriciaAbad-Valle,MercedesDíaz-Somoano,M.RosaMartínez-Tarazona,M.MercedesMaroto-Valer.FuelProcessingTechnology,2011,92,707–711.)等采用该方法研究了燃煤电厂固体产物(如飞灰、石膏)中汞的形态。但是燃煤烟气和燃烧产物成分复杂，燃烧产物中汞的形态也会非常复杂。一些汞化合物的分解温度差别较小，在程序升温脱附过程中分解温度的特征峰会相互重叠，这会给汞形态的识别带来很大的干扰，因此，采用程序升温脱附方法检测燃煤产物中的汞的形态比较困难。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了识别汞形态的方法。不同汞化合物在不同温度下的蒸汽压相异，导致不同汞化合物的分解温度不同，通过程序升温加热装置使样品中的汞分解，并采用在线汞浓度监测仪检测汞的浓度，获得汞浓度随温度的变化曲线，即获得汞化合物的分解温度。通过比对样品中汞的分解温度与标准汞化合物的分解温度，可识别样品中汞的形态。通过程序升温脱附可识别含汞固体样品中大部分汞的形态；结合逐级化学提取方法可对样品中分解温度相互重叠的汞形态进行进一步的分析和识别。为实现上述目的，本专利技术提供一种识别汞形态的方法，该方法包括如下步骤：(1)将样品进行加热分解，获得汞浓度随温度变化的第一曲线，进而获得各种汞化合物的分解温度；(2)将步骤(1)中所述各种汞化合物的分解温度与标准汞化合物的分解温度对比，识别样品中部分汞的形态；(3)对步骤(2)中未识别的汞化合物采用逐级化学提取方法进行识别，其包括如下步骤：1)将步骤(2)处理后的样品放置在烧杯中，加入第一提取液并在室温下搅拌过滤，滤出第一固体残渣，即可使可能存在的HgCl2和HgO被提取出来从而被识别；2)将所述第一固体残渣放置在烧杯中，加入第二提取液并在室温下搅拌过滤，滤出第二固体残渣，即可使所述第一固体残渣中可能存在的Hg-OM和少量Hg2Cl2被提取出来从而被识别；3)将所述第二固体残渣放置在烧杯中，加入第三提取液并在室温下搅拌过滤，滤出第三固体残渣，即可使所述第二固体残渣中大部分的Hg2Cl2和HgS被提取出来从而被识别。进一步地，所述标准汞化合物包括有机汞Hg-OM、HgCl2、Hg2Cl2、黑色HgS、红色HgS、红色HgO、黄色HgO或HgSO4中的一种或多种。进一步地，所述标准汞化合物的分解温度为：进一步地，所述未识别的汞化合物为分解温度在119℃-138℃和210℃-215℃的汞化合物。进一步地，将所述第一固体残渣重复进行步骤(2)获得汞浓度随温度变化的第二曲线，并与汞浓度随温度变化的第一曲线对比，若对应于119℃-138℃处的汞浓度降低，则有HgCl2和HgO存在；若汞浓度基本不变，则不存在这两种汞形态。进一步地，将所述第二固体残渣重复进行步骤(2)获得汞浓度随温度变化的第三曲线，并与汞浓度随温度变化的第一曲线对比，若对应于210℃-215℃处的汞浓度降低，则有Hg-OM存在；若汞浓度基本不变，则不存在这种汞形态。进一步地，将所述第三固体残渣重复进行步骤(2)获得汞浓度随温度变化的第四曲线，并与汞浓度随温度变化的第一曲线对比，若对应于119℃-138℃和210℃-215℃处的汞浓度降低，则有Hg2Cl2和HgS存在，若汞浓度基本不变，则不存在这两种汞形态。作为本专利技术的另一个方面，提供一种识别汞形态的装置，该装置包括：热分解单元，其为中空型圆柱结构，包括可控制温度的加热炉和石英反应器，其中，石英反应器用于放置反应样品，加热炉用于将样品从30℃以一定的升温速率加热到650℃，使汞化合物分解并释放；恒温热分解单元，其通过管道与所述热分解单元连通，包括温度可控的加热炉和石英反应器，用于将所述汞化合物加热到800℃，使汞化合物完全分解为气态Hg0；以及在线汞浓度监测仪，其通过管道与所述恒温热分解单元连通，用于在线监测Hg0的含量。进一步地，所述石英反应器采用螺旋管，用于保证汞在恒温热分解单元内有足够长的停留时间，从而分解完全。进一步地，所述升温速率为5-20℃/min。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术的技术方案中，通过程序升温脱附可识别含汞固体样品中大部分汞的形态；结合逐级化学提取方法可对样品中分解温度相互重叠的汞形态进行进一步的分析和识别，从而使汞形态的识别更加准确。(2)本专利技术提供的用于识别汞形态的装置结构简单，操作方便，同时，该装置中的恒温热分解单元可保证所有形态的汞能够完全分解，从而使汞形态的识别更加准确。附图说明图1为本专利技术实施例的一种识别汞形态的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种识别汞形态的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将样品进行加热分解，获得汞浓度随温度变化的第一曲线，进而获得各种汞化合物的分解温度；(2)将步骤(1)中所述各种汞化合物的分解温度与标准汞化合物的分解温度对比，识别样品中部分汞的形态；(3)对步骤(2)中未识别的汞化合物采用逐级化学提取方法进行识别，其包括如下步骤：1)将步骤(2)处理后的样品放置在烧杯中，加入第一提取液并在室温下搅拌过滤，滤出第一固体残渣，即可使可能存在的HgCl2和HgO被提取出来从而被识别；2)将所述第一固体残渣放置在烧杯中，加入第二提取液并在室温下搅拌过滤，滤出第二固体残渣，即可使所述第一固体残渣中可能存在的Hg‑OM和少量Hg2Cl2被提取出来从而被识别；3)将所述第二固体残渣放置在烧杯中，加入第三提取液并在室温下搅拌过滤，滤出第三固体残渣，即可使所述第二固体残渣中大部分的Hg2Cl2和HgS被提取出来从而被识别。

【技术特征摘要】
1.一种识别汞形态的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将样品进行加热分解，获得汞浓度随温度变化的第一曲线，进而获得各种汞化合物的分解温度；(2)将步骤(1)中所述各种汞化合物的分解温度与标准汞化合物的分解温度对比，识别样品中部分汞的形态；(3)对步骤(2)中未识别的汞化合物采用逐级化学提取方法进行识别，其包括如下步骤：1)将步骤(2)处理后的样品放置在烧杯中，加入第一提取液并在室温下搅拌过滤，滤出第一固体残渣，即可使可能存在的HgCl2和HgO被提取出来从而被识别；2)将所述第一固体残渣放置在烧杯中，加入第二提取液并在室温下搅拌过滤，滤出第二固体残渣，即可使所述第一固体残渣中可能存在的Hg-OM和少量Hg2Cl2被提取出来从而被识别；3)将所述第二固体残渣放置在烧杯中，加入第三提取液并在室温下搅拌过滤，滤出第三固体残渣，即可使所述第二固体残渣中大部分的Hg2Cl2和HgS被提取出来从而被识别。2.根据权利要求1所述的一种识别汞形态的方法，其特征在于，所述标准汞化合物包括有机汞Hg-OM、HgCl2、Hg2Cl2、黑色HgS、红色HgS、红色HgO、黄色HgO或HgSO4中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的一种识别汞形态的方法，其特征在于，所述标准汞化合物的分解温度为：4.根据权利要求1-3中所述的一种识别汞形态的方法，其特征在于，所述未识别的汞化合物为分解温度在119℃-138℃和210℃-215℃的汞化合物。5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种识别汞形态的方法，其特征在于，将所述第一固体残渣重复进行步骤(2)获得汞浓度随温度变化的第二曲线，并与汞浓度随温度变化的第一曲线对比，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永椿，杨建平，张翼，张军营，郑楚光，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42