油页岩半焦堆放对周围环境的影响_王淑娟.pdf

第 14 卷 第 4 期2023 年 2 月黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCEVol.14Feb.2023油页岩半焦堆放对周围环境的影响王淑娟1，雒锋2(1.吉林建筑科技学院，长春 130114;2.吉林大学材料科学与工程学院，长春 130021)摘要:以可能影响周围生态环境的油页岩半焦特性为研究对象，分别测试了油页岩半焦的放射性、重金属离子溶出性能及挥发份。实验结果表明，油页岩半焦放射性核素限量满足 GB6566 2010 建筑材料放射性核素限量 国家标准。油页岩半焦在水中和盐中重金属离子均符合 GB15618 1996 土壤环境质量标准 中关于重金属离子的规定。油页岩半焦堆场路面周围土壤中重金属元素含量与正常土壤无太大区别。油页岩厂周围空气中，SO2、NOx、H2S、NH3、非甲烷总烃等常见的空气污染物符合国家相关标准。关键词:油页岩半焦;环境影响;放射性;重金属离子溶出中图分类号:TQ424.2;X741文献标志码:A文章编号:1674 8646(2023)04 0057 03Influence of Oil Shale Semi-coke Stacking on the Surrounding EnvironmentWang Shujuan1，Luo Feng2(1.Jilin University of Architecture and Technology，Changchun 130114，China;2.College of Materials Science and Engineering，Jilin University，Changchun 130021，China)Abstract:In this paper，the characteristics of oil shale semi-coke which may affect the surrounding ecologicalenvironment are studied，and the radioactivity，heavy metal ion dissolution and volatile content of oil shale semi-coke aretested respectively.The experimental results show that the radionuclide limit of oil shale semi-coke meets the nationalstandard GB6566 2010“Radionuclide Limit of Building Materials”.The heavy metal ions in water and salt of oil shalesemi-coke are in line with the provisions of GB15618 1996“Soil Environmental Quality Standard”.The content ofheavy metal elements in the soil around the pavement of oil shale semi-coke yard is not much different from that innormal soil.Common air pollutants，such as SO2，NOx，H2S，NH3and non-methane total hydrocarbons，in the air ofoil shale plants meet the relevant national standards.Key words:Oil shale semi-coke;Environmental impact;Radioactivity;Dissolution of heavy metal ions收稿日期:2023 01 10基金项目:吉林省教育厅科技项目(JJKH20211363KJ);吉林建筑科技学院重点科研项目(校科字 2022 013ZQKJ)作者简介:王淑娟(1985 )，女，硕士，讲师。采用干馏方法对油页岩进行处理获取页岩油是油页岩资源利用的重要途径之一 1。据不完全统计，我国每年因提取页岩油产生的油页岩半焦达上百万吨 2 3，可利用其中存在的大量 SiO2来制备白炭黑4 6。对其展开资源化利用的研究较多:李怡雪7 根据油页岩半焦对 N、P、K 等离子有较好的吸附能力的特性将其作为土壤改性剂。其含有一定量的有机质和热值，因此可将油页岩半焦与煤8 9、秸秆10 11、糠醛渣12、锯末13 等混合作为燃料，进行燃烧处理。油页岩半焦的化学组成为 SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3等，矿物组成含有高岭土类的黏土矿物，经过一定的机械活化处理后具有火山灰活性，可用于建筑材料中14 16。郑桂香17 以油页岩半焦为原料制备了发泡水泥。李娟18 探讨了不同热改性条件下油页岩半焦对水泥胶砂性能的影响。但目前仍有大量的油页岩半焦固体废弃物堆置于堆场中，从其堆置可能对环境产生的影响角度入手，对油页岩半焦的放射性、重金属离子溶出、可挥发份等方面进行测试，并评估其可能给周围生态环境造成的影响。1实验原料与方法油页岩半焦取自吉林省某油页岩资源综合利用公司，样品的放射性采用 MCA2100R 低本底多道 能谱仪进行测试。重金属离子溶出实验:称取 2.5 kg 油页岩半焦，加入 4 kg 的自来水，分别浸泡一定时间后取出，浸泡过程中每天搅拌一次，达到龄期后进行过滤，取滤液，测试水溶液中重金属离子的浓度。采用电感耦合等离子体光谱仪(ICP)进行测试，采用分光光度法和色谱法对该公司厂区内出渣口和办公区的实际空气进行采样，对其中所含的 SO2、NOx、氨、硫化氢、非甲烷总烃进行含量测试。752结果与讨论2.1油页岩半焦放射性检测根据 GB6566 2010建筑材料放射性核素限量国家标准，取油页岩半焦样品在 MCA2100R 低本底多道 能谱仪上进行测试，测试结果如表 1 所示。表 1油页岩半焦放射性核素限量检则结果Tab.1Results of limited detection of radionuclides in oil shale semi coke检测项目国家标准检测结果内照射指数(Ira)1.00.336外照射指数(I)1.00.745从检测结果可以看出，油页岩半焦放射性核素限量并不超标，完全满足 GB6566 2010建筑材料放射性核素限量 国家标准，可应用于建筑材料的制备。2.2油页岩半焦重金属离子溶出试验对油页岩半焦可能溶出的重金属离子进行试验和检测。称取 2.5 kg 油页岩半焦，加入 4 kg 的自来水，分别浸泡一定时间后取出，测试水溶液中重金属离子浓度。考虑到油页岩半焦堆场周围路面可能存在撒布氯化钠融雪剂的情况，对油页岩半焦在 3%氯化钠溶液下的重金属离子溶出进行了测试。为了获得油页岩半焦堆放对周围可能产生的影响，对采自堆场旁水库边的水进行对比分析，实验结果见表 2 和表 3。表 2油页岩半焦在水中的重金属离子溶出Tab.2Dissolution of heavy metal ions from oil shale semi coke in water样品编号重金属元素含量(mg/Kg)CuPbAsHgCrCdH00.003 20.001 66.240.2240.001 60H10.001 60.020 86.080.17600H30.004 80.006 47.680.160.001 60.000 16H50.004 80.014 49.760.1440.001 60.000 16H70.004 80.01610.240.14400.000 32H1000.006 40.012 89.120.0960.004 80.000 32SKS0.011 20.011 211.20.12800表 3油页岩半焦在 3%氯化钠盐溶液中的重金属离子溶出Tab.3Dissolution of heavy metal ions from oil shale semi coke in 3%sodium chloride solution样品编号重金属元素含量(mg/Kg)CuPbAsHgCrCdN000.004 82.880.160.001 60N10.0080.012 89.440.1600.000 16N30.003 20.011 210.560.160.006 40.000 16N50.004 80.02411.360.12800.000 32N70.001 60.01610.080.14400.000 32N1000.006 4010.720.12800.000 48注:H0 代表空白水溶液，N0 代表空白 3%NaCl 溶液，后面数字代表浸泡天数，SKS 代表现场取水库水。从实验结果看，浸泡一定时间后，某些重金属元素确实有溶出现象，但随着浸泡时间的延长，重金属离子并无大幅度地增长。Cu、Pb、As 有部分溶出，但溶出量均较低，基本属于仪器最低检出线附近。对比现场采样的常年油页岩半焦堆场水库水实验数据可以看出，重金属离子并无明显的溶出，溶液中溶出的重金属离子含量均较低。2.3油页岩半焦路面对周围环境重金属离子的影响针对油页岩半焦在路面的应用可能对周围环境中重金属离子的影响进行了研究。取油页岩路面附近的土壤和距油页岩路面约50 m 的地点进行土壤取样，测试两者所含重金属离子的差别，结果见表 4。表 4油页岩半焦对路面周围环境重金属离子的影响Tab.4Effect of oil shale semi coke on heavy metal ions in pavement environment样品编号重金属元素含量(mg/Kg)CuPbAsHgCrCd正常土壤19.922.215.20.05979.90.15半焦土壤19.822.510.00.05364.60.1285从实验结果可以看出，正常土壤与半焦土壤中重金属元素含量并无太多区别，有些元素含量低于正常土壤，属于土壤含量正常范围，由此可以认为油页岩半焦应用于道路材料对周围土壤并无影响。2.4油页岩半焦中挥发份的测试对油页岩某干馏厂区进行了空气成分测试，采用分光光度法和色谱法对厂区内出渣口和办公区实际空气进行采样，并对其中所含的 SO2、NOx、氨、硫化氢、非甲烷总烃进行含量测试。图 2 为采样地点及采样编号，检测结果见表 5。图 2油页岩半焦可挥发份测试采样地点Fig.2Sample site for oil shale semi coke volatile content test表 5油页岩半焦可挥发份测试分析结果Tab.5Test results of volatile content of oil shale semi coke样品编码检测结果(mg/m3)SO2NOxNH3H2S非甲烷总烃1#0.0390.570.280.0051.9252#0.0220.440.270.0031.8193#0.007L*0.450.220.0021.5504#0.007L*0.960.300.0021.6145#0.007L*0.630.300.0021.6986#0.007L*0.380.350.0011.782大气污染物排放标准 GB16297 19961200700恶臭污染物排放标准(GB14554 93)1.00.03对采集的空气成分进行测试，实验结果与国标相比均不超标，因此油页岩半焦符合大气污染物排放标准。3结束语油页岩半焦放射性核素限量并不超标，完全满足GB6566 2010建筑材料放射性核素限量 国家标准，可应用于建筑材料的制备。从油页岩半焦重金属离子溶出实验结果来看，其在水中和盐中重金属离子均符合 土壤环境质量标准(GB15618 1996)中的规定。对油页岩半焦堆场路面周围土壤取样，分析重金属元素含量，结果显示，正常土壤与半焦土壤中重金属元素含量并无太大区别，有些元素含量低于正常土壤，属于土壤含量正常范围，因此可认为油页岩半焦应用于道路材料对周围土壤并无影响。对油页岩厂的空气进行SO2、NOx、H2S、NH3、非甲烷总烃等常见空气污染物取样分析，均大大低于国家标准，符合大气污染物排放标准。参考文献:1 雒锋，李冠杰，夏茂盛，等.油页岩半焦合成多孔托贝莫来石晶体的研究J 非金属矿，2017，40(04):50 52.2 黄逸群，张缦，苗苗，等.油页岩半焦燃烧动力学研究J 化工学报，2019，70(08):3033 3039.3 卢茂奇.油页岩半焦流化燃烧反应动力学研究D 吉林:东北电力大学，2018.4 赵鑫，李理.用抚顺油页岩废渣联产絮凝剂和白炭黑J 辽宁化工，2017，46(02):122 125.5 刘建国，季桂娟，郝磊，等.油页岩灰渣提取白炭黑的方法J 吉林大学学报(地球科学版)，2011，41(04):1192 1196.6 李燕，崔李明，林志鹏，等.茂名油页岩渣制备白碳黑的实验研究 J 硅酸盐通报，2014，33(03):617 619，623.7 李怡雪，缑兆辉，时建业，等.油页岩半焦对自毒作用下黄瓜幼苗生长、光合及养分吸收的影响J 甘肃农业大学学报，2022，57(03):75 83.8 王明山，冯绍龙，韩应国，等.龙口油页岩半焦和煤混合燃烧特性研究J 山东国土资源，2015，31(12):66 69.9 王擎，陈曦，刘洪鹏，等.油页岩半焦和烟煤在流化床内燃烧过程研究J 电站系统工程，2015，31(03):5 8.10 梁文学.油页岩半焦与干燥玉米秸秆混烧协同作用研究D 吉林:东北电力大学，2017.11 刘洪鹏，巩时尚，贾春霞，等.油页岩半焦与玉米秸秆混合燃烧特性研究 J 科学技术与工程，2016，16(25):278 285.12 汪重阳.糠醛渣与油页岩半焦混烧特性研究及固体产物分析D 吉林:东北电力大学，2019.13 王擎，宣阳，孙晓建，等.油页岩半焦与锯末混烧过程孔隙结构变化研究 J 化学工程，2015，43(02):6 9，19.14 傅岳龙，赵增迎.利用油页岩渣制备水泥胶凝材料的实验研究J 山西建筑，2010，36(29):158 159.15 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